雖然有很多不同的車內網絡互連標準，並且汽車原始設備製造商 (OEM) 對於EMC也有多種不同的要求，這篇文章主要討論一個已經被證明具有特別挑戰性的話題：一個控製器局域網 (CAN) 總線的射頻 (RF) 放射。

　　

CAN使用均衡的差分信令來發送波特率，高達1Mbps(或者更高
，前提是使用“靈活數據速率”變量)的二進製數據。理想情況下，差分信令的使用避免了所有外部噪聲耦合。由於每一半差分對(被稱為CANH和CANL)在變化時是對稱的
，它們的噪聲帶來的幹擾是具有破壞性的。然而
，沒有CAN收發器是完全理想的，並且CANH和CANL信號之間的低值不對稱會產生未經完全均衡的差分信號。當這一情況發生時，CAN信號的共模分量(CANH和 CANL的平均值)將不再是一個恒定的DC值。相反地，它將表現出與數據有關的噪聲。

　　

兩個主要的不均衡類型會導致這個噪聲。其中一個就是顯性(被驅動)和隱性(高阻抗)狀態期間穩定狀態共模電壓電平之間的不匹配。

　　

這個穩定狀態不匹配會導致一個類似於CANshujubenshensuofangbanbendezaoshengtuxing。zhegezaoshengtuxingzaitadepinpuneihenkuan，biaoxianweiyixilieyanshenzhijidipinlvqiejiangejunyundelisanpinpuxian。dingshibupipeihuidaozhiyigeyouduanmaichonghuoganraozuchengdezaoshengtuxing，zhiyaoshujuzhongyoubianyuanbianhuan
，tajiuhuichuxian。zhegezaoshengtuxingdepinpuhanliangwangwangjizhongbijiaogaodepinlvshang。

　　

圖1中的波形顯示了一個可以在典型CAN收發器的輸出上觀察到的共模噪聲。在這幅圖像中

，黑色軌跡線(通道1)顯示CANH，紫色軌跡線(通道 2)顯示的是CANL
，並且綠色軌跡線(數據功能)是CANH與CANL的和。這個求和的過程給出了一個波形，它的值等於此時一個指定點上共模電壓的2 倍。

 

圖1：典型CAN收發器CANH/CANL輸出和共模噪聲

　　

共模波形顯示出兩種噪聲類型：與顯性至隱性/隱性至顯性變換相對應的高頻噪聲，而低頻噪聲是與不匹配的顯性和隱性共模相對應的。

　　

由於信號的共模部分能夠與係統(或與外部係統)中的其它分量耦合在一起(通過輻射或傳導路徑)，這個共模噪聲直接影響放射性能。這個器件的傳導放射按照工業電氣工程/電子 (IBEE) 茨維考技術的工程服務進行測量
；如圖2中所示
，這個器件的傳導放射連同一個普通汽車原始設備製造商(OEM)限值線一同繪製。

 

圖2：一個典型CAN收發器的傳導放射

　　

這個收發器的輸出放射超過了低頻和高頻區域內的OEM要求。為了把放射降低到令人滿意的水平，必須使用某些外部濾波。

　　

CAN總線中最常用的濾波器組件就是共模扼流圈(如圖3中所示)。共模扼流圈的構成方式是將兩個線圈繞在同一個鐵芯上。在每個線圈繞組方向的安排方麵，要使得共模電流(也就是說
，每個線圈內的電流方向一致)具ju有you共gong用yong同tong一yi極ji性xing的de磁ci通tong量liang。這zhe使shi得de共gong模mo扼e流liu圈quan可ke以yi運yun行xing為wei針zhen對dui共gong模mo信xin號hao的de電dian感gan器qi

，從cong而er提ti供gong一yi個ge隨sui上shang升sheng的de頻pin率lv而er增zeng加jia的de阻zu抗kang。相xiang反fan地di
，差cha分fen模mo式shi電dian流liu(也就是說，每個線圈內的電流方向相反)將使它們的磁通量與反向極性相互作用。對於諸如CAN信號的均衡波形，每個線圈內相反磁通量的幅度將會相等
，因此不會在鐵芯內累積靜磁通。這使得扼流圈運行為一個針對CAN信號的短接電路。

 

圖3：共模扼流圈電路原理圖

　　

這項技術在減少CAN總線放射方麵十分有效。例如，當用一個51μH共模扼流圈對上麵不能滿足放射要求的器件進行重新測試時，性能得到極大提升(圖4)。

 

圖4：典型CAN收發器(具有共模扼流圈)的傳導放射

　　

然(ran)而(er)，在(zai)添(tian)加(jia)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)時(shi)會(hui)帶(dai)來(lai)一(yi)些(xie)缺(que)點(dian)。使(shi)用(yong)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)時(shi)的(de)一(yi)個(ge)明(ming)顯(xian)劣(lie)勢(shi)就(jiu)是(shi)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)空(kong)間(jian)，並(bing)且(qie)會(hui)產(chan)生(sheng)多(duo)餘(yu)的(de)物(wu)料(liao)清(qing)單(dan)成(cheng)本(ben)。不(bu)過(guo)
，除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，還(hai)應(ying)該(gai)考(kao)慮(lv)某(mou)些(xie)對(dui)CAN總線的細微影響。由於扼流圈線圈會引入某些串聯電感，當這個電感與CANwangluodejishengdianrongzuhezaiyiqishihuishengchengxiezhen。jinguanzaidaduoshupindaineijianshaolegongmozaosheng，zhexiexiezhenhuizaixiezhenpinlvshangdaozhizaoshengshuliangzengjia。keyizaitu5中所示的共模噪聲波形中觀察到這個影響。

 

圖5：由扼流圈電感導致的共模噪聲

　　

這(zhe)個(ge)窄(zhai)帶(dai)噪(zao)聲(sheng)特(te)別(bie)難(nan)管(guan)理(li)。它(ta)的(de)幅(fu)度(du)往(wang)往(wang)很(hen)強(qiang)，並(bing)且(qie)，由(you)於(yu)扼(e)流(liu)圈(quan)電(dian)感(gan)和(he)總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)的(de)變(bian)化(hua)
，其(qi)頻(pin)率(lv)也(ye)會(hui)隨(sui)著(zhe)係(xi)統(tong)的(de)不(bu)同(tong)而(er)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)
，一(yi)個(ge)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)通(tong)常(chang)在(zai)較(jiao)寬(kuan)的(de)公(gong)差(cha)範(fan)圍(wei)內(nei)指(zhi)定(ding)(比如說標稱值的-30%到50%)。相似地
，一個CAN網絡的總線電容將根據所使用電纜連接的類型和長度
、網絡中的節點數量和每個節點的設計而發生變化。共模扼流圈的另外一個意外結果就是總線上增高的大瞬態電壓風險。諸如到電源、電池電壓或係統接地的短接等故障情況會導致共模電流的突然變化。這會在短路連接/斷開
，以及CAN驅動在顯性和隱性狀態之間變換時出現。當流經扼流圈電感的電流快速變化時，會在驅動器IC的CAN端子上產生一個較大的電壓電位。在某些情況下，這個電壓有可能超過CAN器件的瞬態過壓處理能力，並且會導致永久損壞。

　　

為了在避免與共模扼流圈有關的不利影響的同時減少放射，可使用一個替代解決方案：減少CAN驅動器的共模噪聲輸出。這看起來似乎簡單而又直接
，但是這需要半導體廠商進行仔細而又認真的設計。隱性和顯性狀態期間的CANH和CANL電壓電平需要受到嚴格控製，以確保CAN總線波形盡可能地保持平衡。

　　

此外，當CANH和CANL線路在顯性和隱性狀態之間變換時
，它們之間的變換時間和定時偏移需要良好匹配，以限製出現在高頻頻帶內的共模噪聲。

　　

針對TI TCAN1042-Q1 CAN收發器的瞬態波形如圖6中所示。圖7中給出的是相應的放射曲線圖。

 

圖6：CANH/CANL輸出和共模噪聲

 

圖7：一個汽車故障保護CAN收發器的傳導放射

　　

TCAN1042-Q1的良好匹配輸出級使得輸出共模噪聲極低。這使得在不使用扼流圈等外部共模濾波組件的情況下
，放射性能符合OEM的要求。

　　

結論

　　

雖然共模扼流圈作為一種緩解CAN總線EMC問(wen)題(ti)的(de)方(fang)法(fa)，目(mu)前(qian)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)行(xing)業(ye)
，全(quan)新(xin)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)收(shou)發(fa)器(qi)正(zheng)在(zai)使(shi)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)變(bian)得(de)可(ke)有(you)可(ke)無(wu)。不(bu)使(shi)用(yong)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)

，可(ke)以(yi)在(zai)避(bi)免(mian)電(dian)路(lu)諧(xie)振(zhen)和(he)電(dian)感(gan)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)等(deng)問(wen)題(ti)的(de)同(tong)時(shi)，使(shi)CAN總線的實現方式變得更小、成本更低。